隨著工業(yè)設(shè)備如可編程邏輯控制器、磅秤和自動(dòng)測(cè)試設(shè)備對(duì)更高分辨率和更高速度信號(hào)鏈的需求不斷增加，對(duì)于作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）驅(qū)動(dòng)器和電壓基準(zhǔn)緩沖器的精密放大器的要求也在提升。本文將探討斬波放大器的特點(diǎn)及其在解決精密信號(hào)鏈設(shè)計(jì)難題中的應(yīng)用，特別是德州儀器（TI）推出的OPA2182。如需OPA2182產(chǎn)品規(guī)格書、樣片測(cè)試、采購(gòu)、BOM配單等需求，請(qǐng)加客服微信：13310830171。

什么是斬波放大器？

斬波放大器是一種零漂移運(yùn)算放大器，以其超低的失調(diào)電壓著稱。其內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得無(wú)論配置如何，都能顯著減小放大器的失調(diào)電壓。這不僅降低了失調(diào)電壓誤差，還提高了共模抑制比（CMRR）、電源抑制比（PSRR）和開(kāi)環(huán)電壓增益（Aol）。此外，由于放大器將低頻噪聲感知為直流誤差并盡量減少這些噪聲，因此具有平坦的1/f或閃爍噪聲特性。這種拓?fù)涮貏e適合于要求高精度的應(yīng)用，例如精密溫度監(jiān)測(cè)、惠斯通電橋測(cè)量和電壓基準(zhǔn)緩沖。

難題1：最大限度減小整個(gè)溫度范圍內(nèi)的失調(diào)電壓誤差

在設(shè)計(jì)精密信號(hào)鏈時(shí)，一個(gè)主要挑戰(zhàn)是如何最大限度地減小由ADC驅(qū)動(dòng)器和基準(zhǔn)緩沖器產(chǎn)生的失調(diào)電壓誤差。雖然校準(zhǔn)可以在生產(chǎn)期間改善失調(diào)電壓、CMRR、PSRR和Aol性能，但校準(zhǔn)溫漂非常困難且成本高昂，需要在生產(chǎn)過(guò)程中改變系統(tǒng)溫度或增加校準(zhǔn)環(huán)路，從而增大系統(tǒng)尺寸和物料清單計(jì)數(shù)。得益于斬波放大器固有的低溫漂性能，使用這類放大器可以有效解決這一問(wèn)題，不再需要校準(zhǔn)溫漂。

然而，下一代斬波放大器面臨一個(gè)新的問(wèn)題——塞貝克效應(yīng)。這是熱電偶效應(yīng)的一部分，在自熱放大器運(yùn)行期間以及環(huán)境溫度下自然產(chǎn)生。對(duì)于在信號(hào)路徑中使用異種金屬的器件，這種溫度梯度會(huì)增加誤差。德州儀器通過(guò)廣泛的實(shí)驗(yàn)，確定了一種材料組合，能夠在-40℃至+125℃的整個(gè)溫度范圍內(nèi)使OPA2182僅產(chǎn)生最高12nV/°C的溫漂，從而解決了這一難題。如下圖對(duì)比了OPA2182與非斬波放大器OPA2140的溫漂。兩個(gè)圖形顯示了OPA2182和OPA2140之間的輸入溫漂差異。

難題2：縮短信號(hào)穩(wěn)定時(shí)間

另一個(gè)挑戰(zhàn)是在設(shè)計(jì)精密信號(hào)鏈時(shí)如何快速而準(zhǔn)確地使信號(hào)在ADC輸入端趨穩(wěn)。特別是在信號(hào)鏈輸入端使用多路復(fù)用器以節(jié)省布板空間和系統(tǒng)成本的情況下，趨穩(wěn)尤其困難。當(dāng)多路復(fù)用器切換通道時(shí)，ADC驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)看到階躍輸入，導(dǎo)致反向并聯(lián)二極管正向偏置，從而引起電流從一個(gè)輸入端流向另一個(gè)輸入端，延遲了穩(wěn)定響應(yīng)。

為了縮短放大器的穩(wěn)定時(shí)間，德州儀器為OPA2182增加了支持多路復(fù)用器（MUX）的輸入。這種專利結(jié)構(gòu)去掉了反向并聯(lián)二極管，消除了錯(cuò)誤電流流經(jīng)信號(hào)源和多路復(fù)用器的情況，從而使放大器能夠更快地建立階躍輸入。這不僅提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，還簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程。